Summary

Proteomisk Profilering af makrofager ved 2D elektroforese

Published: November 04, 2014
doi:

Summary

Macrophages are the key cells involved in host pathogenicity. Macrophages display phenotypic and functional diversity that can be analysed and detected by proteomic analysis. This article describes how to perform 2D electrophoresis of primary cultures of human macrophages differentiated into M1 or M2 phenotype.

Abstract

The goal of the two-dimensional (2D) electrophoresis protocol described here is to show how to analyse the phenotype of human cultured macrophages. The key role of macrophages has been shown in various pathological disorders such as inflammatory, immunological, and infectious diseases. In this protocol, we use primary cultures of human monocyte-derived macrophages that can be differentiated into the M1 (pro-inflammatory) or the M2 (anti-inflammatory) phenotype. This in vitro model is reliable for studying the biological activities of M1 and M2 macrophages and also for a proteomic approach. Proteomic techniques are useful for comparing the phenotype and behaviour of M1 and M2 macrophages during host pathogenicity. 2D gel electrophoresis is a powerful proteomic technique for mapping large numbers of proteins or polypeptides simultaneously. We describe the protocol of 2D electrophoresis using fluorescent dyes, named 2D Differential Gel Electrophoresis (DIGE). The M1 and M2 macrophages proteins are labelled with cyanine dyes before separation by isoelectric focusing, according to their isoelectric point in the first dimension, and their molecular mass, in the second dimension. Separated protein or polypeptidic spots are then used to detect differences in protein or polypeptide expression levels. The proteomic approaches described here allows the investigation of the macrophage protein changes associated with various disorders like host pathogenicity or microbial toxins.

Introduction

Makrofager er heterogene og plast celler, der er i stand til at erhverve forskellige funktionelle fænotyper. In vivo, disse celler reagerer på en lang række mikro-miljø signalssuch mikrobielle produkter, cytokiner osv. 1. In vitro, pro-inflammatoriske fænotype (M1) af makrofag kan induceres af lipopolysaccharid (LPS) og anti-inflammatoriske fænotype (M2) af visse cytokiner, såsom interleukin-4 (IL-4). Desuden kan makrofager skifte fra et aktiveret M1 M2 fænotype, og omvendt ved specifikke signaler 2.

Afhængigt af fænotype, vil makrofager har forskellige funktioner. M1 makrofager er celler, der producerer proinflammatoriske cytokiner, såsom tumornekrosefaktor α (TNF-α), til at dræbe mikroorganismer eller tumorceller 3. I modsætning hertil M2 makrofager forebygge disse inflammatoriske respons som i sårheling og fibrose ved at producere anti-inflammatory faktorer, såsom TGF-β 3,4.

Humane perifere blod-mononukleære celler fra raske donorer blev isoleret ved Ficoll densitetsgradientcentrifugering som tidligere beskrevet 5 ved anvendelse af en teknik, tilpasset fra Boyum 6. Makrofager i kultur kan differentieres i M1 eller M2 fænotype efter 6 dages primær kultur 7.

Analyse af protein-ekspression eller protein ændringer mellem de to undertyper af makrofager under forskellige kontrollerede stimuli, såsom vært sygdomsfremkaldende virkninger eller mikrobielle toksiner, vil være nyttigt at dechifrere funktionaliteten af ​​pro- og anti-inflammatoriske makrofager.

Proteomics er unikke værktøjer til direkte overvågning af proteiner, der er specifikt op- eller nedreguleret i humane dyrkede makrofager under forskellige stimuli. Fluorescerende farvestoffer har løst nogle af begrænsningerne ved 2D-gelelektroforese, såsom lav følsomhed og billedanalyse 8 < / Sup>. De farvestoffer, der reagerer med cysteinrester har øget detektionsfølsomheden forhold til dem reagere med lysinrester 9. I en tidligere undersøgelse, vi demonstreret nytten af DIGE mætning mærkning til analyse af knappe prøver 10 i forhold til den klassiske sølvfarvet 2D elektroforese 11. Denne teknologi er nyttigt i hurtigt at analysere protein ændringerne mellem de to undertyper af makrofager eller mellem ubehandlede og behandlede makrofager fra samme subtype.

Fordelene ved denne proteomisk teknik har adgang til information af protein størrelse og post-translationelle modifikationer ved at analysere 2D gel 12. Det bør tages i betragtning, at dette ikke er en high throughput teknik, som begrænser antallet af prøver, der kan analyseres. Udviklingen af high throughput assays baseret på massespektrometri som revideret for nylig 13 kan forbedre denne.

_content "> Her præsenterer vi, hvordan du udfører 2D DIGE analyse fra proteinekstraktion af dyrkede makrofager gennem de processer af elektroforese, isoelektrofokusering, og SDS-PAGE samt oplysninger om nytten af ​​tilstrækkelig 2D software.

Protocol

Protokollen følger retningslinjerne i vores institutioner menneskelig videnskabsetisk komité. Buffy coat fra raske donorer blev opnået fra Regional Blood Transfusion Center (Lille, Frankrig). Prøver fra de buffy coats er erklæret som en Inserm samling (n ° DC2010-1209). 1. Materiale og Kultur Medier Forberedelse Fortynd 10x Phosphate Buffer Saline (PBS) i sterilt destilleret vand til opnåelse af 1 x PBS. Gøre RPMI 1640-medium suppleret med gentamicin (40 ug / ml)…

Representative Results

For at udføre passende differential proteomanalyse, bør behandling af prøver der skal analyseres verificeres. I de præsenterede eksempel er kvaliteten af makrofager cellekultur kræves for morfologiske og molekylære aspekter som tidligere offentliggjort 5. Differentieringen af monocytter til makrofager og homogeniteten af kulturen blev efterfulgt af fase-mikroskopi. Figur 1 viste et eksempel på primære kulturer af M1 og M2 makrofager. Som vist, vi bekræfte…

Discussion

Den heri beskrevne protokol detaljer en metode til at analysere effekten af ​​forskellige stimuli af de to undertyper af makrofager, M1 (pro-inflammatorisk) og M2 (anti-inflammatorisk). Primære kulturer af M1 og M2 makrofager blev opnået fra differentieringen af monocytter som tidligere publiceret 7..

Fremgangsmåden i 2D DIGE gelelektroforese kræver specialiserede materialer og udstyr, såsom IEF celle til isoelektrofokusering med lav fluorescens plader til SDS-PAGE for at…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

This work was supported by Inserm. Marion Bouvet is a fellow of the French Ministry for Research and Technology. Annie Turkieh is a fellow granted by European Union FP7 HOMAGE (305507).

Materials

Name Company Catalog number
RPMI 1640 Invitrogen 31870-074
PBX 10 X Invitrogen 14200-083
L-glutamine-200mM-100X Invitrogen 25030-024
gentamycin 10 mg/mL Invitrogen 15710-049
human serum Invitrogen 34005100
Ficoll d=1,077 ATGC L6115
Leucosep Dutscher 16760
 6-wells plate PRIMARIA  Becton Dickinson 353846
IL-4 Promocell B-61410
lipopolysaccharide Sigma-Aldrich L-2654
Giemsa Fluka 48900
EDTA MM372,2 Research Organics  3.00E+01
Filter 0,22µm Millipore SCGPTORE
100 mL cylinder Corning 430182
TCEP Interchim UP242214
Bradford reagent Bio-Rad 5000006
Cy3+Cy5-reactive dye GE Healthcare 25-8009-83
IPG strip 3-10 24cm GE Healthcare 17-6002-44
Protean IEF cell Bio-Rad 165-4000
Low-melting agarose Invitrogen 15517-014
Ettan-Daltsix system GE Healthcare 80-6485-08
Ettan DIGE Imager scanner GE Healthcare
Progenesis Samespot Non linear dynamics
50 ml tubes any supplier n/a
15 ml tubes any supplier n/a
CHAPS Sigma-Aldrich C5070
Urée Merk 108484-500
Thiourée Sigma-Aldrich T7875
DTT Bio-Rad 1610611
APS Sigma-Aldrich A3678
TEMED Sigma-Aldrich T9281
Tris Base Sigma-Aldrich T1503
Tris HCl Sigma-Aldrich T3253
Pharmalytes 3-10 GE Healthcare 17-0456-01
SDS Sigma-Aldrich L3773
Bromophenol blue Sigma-Aldrich 114391
Glycerol Sigma-Aldrich G6279
Acrylamide 40% Bio-Rad 161-0148
2D clean Up GE Healthcare 80-6454-51
Glycine Sigma-Aldrich G7126
Diméthylformamide Sigma-Aldrich 22705-6
electrode wicks Bio-Rad 165-4071

References

  1. van Ginderachter, J. A., et al. Classical and alternative activation of mononuclear phagocytes: picking the best of both worlds for tumor promotion. Immunobiology. 211, (2006).
  2. Porcheray, F., et al. Macrophage activation switching: an asset for the resolution of inflammation. Clin. Exp. Immunol. 142, 481-489 (2005).
  3. Gordon, S. Alternative activation of macrophages. Nat. Rev. Immunol. 3, 23-35 (2003).
  4. Mantovani, A., Locati, M., Vecchi, A., Sozzani, S., Allavena, P. Decoy receptors: a strategy to regulate inflammatory cytokines and chemokines. Trends Immunol. 22, 328-336 (2001).
  5. Pinet, F., et al. Morphology, homogeneity and functionality of human monocytes-derived macrophages. Cell. Mol. Biol. 49, 899-905 (2003).
  6. Boyum, A. Isolation of mononuclear cells and granulocytes from human blood. Isolation of monuclear cells by one centrifugation, and of granulocytes by combining centrifugation and sedimentation at 1. 97, 77-89 (1968).
  7. Chinetti-Gbaguidi, G., et al. Human atherosclerotic plaque alternative macrophages display low cholesterol handling but high phagocytosis because of distinct activities of the PPARγ and LXRα pathways. Circ. Res. 108, 985-995 (2011).
  8. Tonge, R., et al. Validation and development of fluorescence two-dimensional differential gel electrophoresis proteomics technology. Proteomics. 1, 377-396 (2001).
  9. Shaw, J., et al. Evaluation of saturation labelling two-dimensional difference gel electrophoresis fluorescent dyes. Proteomics. 3, 1181-1195 (2003).
  10. Dupont, A., et al. Application of saturation dye 2D DIGE proteomics to characterize proteins modulated by oxidized low density lipoprotein treatment of human macrophages. J. Proteome Res. 7, 3572-3582 (2008).
  11. Dupont, A., et al. Two-dimensional maps and databases of the human macrophage proteome and secretome. Proteomics. 4, 1761-1778 (2004).
  12. Acosta-Martin, A. E., et al. Impact of incomplete DNase I treatment on human macrophage analysis. Proteomics Clin. Appl. 3, 1236-1246 (2009).
  13. Acosta-Martin, A. E., Lane, L. Combining bioinformatics and MS-based proteomics: clinical implications. Expert Rev Proteomics. , (2014).
  14. Boytard, L., et al. Role of proinflammatory CD68+MR- macrophages in peroxiredoxin-1 expression and in abdominal aortic aneurysms in humans. Arterioscler. Thromb. Vasc. Biol. 33, 431-438 (2013).
check_url/52219?article_type=t

Play Video

Cite This Article
Bouvet, M., Turkieh, A., Acosta-Martin, A. E., Chwastyniak, M., Beseme, O., Amouyel, P., Pinet, F. Proteomic Profiling of Macrophages by 2D Electrophoresis. J. Vis. Exp. (93), e52219, doi:10.3791/52219 (2014).

View Video